EP3763177A1 - Elektrogeräteanordnung, aufweisend eine an einem tragelement, insbesondere wand, befestigbares elektrogerät - Google Patents

Elektrogeräteanordnung, aufweisend eine an einem tragelement, insbesondere wand, befestigbares elektrogerät

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EP3763177A1
EP3763177A1 EP19705928.0A EP19705928A EP3763177A1 EP 3763177 A1 EP3763177 A1 EP 3763177A1 EP 19705928 A EP19705928 A EP 19705928A EP 3763177 A1 EP3763177 A1 EP 3763177A1
Authority
EP
European Patent Office
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circuit board
electrical appliance
heat sink
base plate
dome
Prior art date
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EP19705928.0A
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English (en)
French (fr)
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EP3763177C0 (de
EP3763177B1 (de
Inventor
Martin SCHÖRNER
Joachim Nikola
Hans Jürgen KOLLAR
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SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Original Assignee
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP3763177B1 publication Critical patent/EP3763177B1/de
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    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20909—Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components
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    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body

Definitions

  • Electrical appliance arrangement comprising a to a support member, in particular wall, attachable electrical appliance
  • the invention relates to an electrical appliance arrangement, comprising a to a support member, in particular wall, attachable electrical appliance.
  • the invention is therefore the object of developing an electrical appliance, with a particularly simple production should be achievable.
  • the object is achieved in the electrical appliance assembly according to the features indicated in claim 1.
  • Supporting element in particular wall, attachable electrical appliance, are that the electrical appliance has a heat sink, printed circuit boards and a housing, wherein the circuit boards are each attached to the heat sink and the heat sink can be fastened or fastened to the support member, in particular wherein the housing surrounds the circuit boards forming the housing and attached to the heat sink.
  • the heat sink carries the circuit boards and the housing and thus acts as a central support element of the device.
  • the heat sink can be fastened to a support element of a machine or installation, for example on a wall. By attachment to this support member and the circuit boards and the housing are held. The weight of the respective circuit board is thus derived via the heat sink to the wall.
  • the weight of the housing is derived via the heat sink to the wall.
  • the heat sink also has a connection for electrical ground and thus acts as a drain to electrical ground.
  • the electrical appliance has a power module, which has pulse width modulated controlled semiconductor switch, in particular wherein the power module is arranged on the first of the circuit boards.
  • the clocked with high currents and / or voltage operated components are arranged on the first circuit board, which is thus arranged only on one side of the heat sink.
  • a third circuit board is providable, which has an electronic circuit. This electronic circuit is operated undisturbed by interference signals of the first circuit board, since the heat sink is made of metal, in particular of aluminum, and thus acts as a shield.
  • the power module is connected to the heat sink at a contact surface of the heat sink, in particular for heat dissipation.
  • the advantage here is that the heat sink spreads the incoming heat flow.
  • Heatsink arranged.
  • the advantage here is that the contact surface is disposed at a portion of the heat sink with greater wall thickness.
  • cooling fins are formed on the opposite side of the contact surface of the base plate on the heat sink.
  • a plate-shaped, parallel to the base plate arranged support portion is integrally formed on a first of the cooling fins, wherein a plate-shaped, arranged perpendicular to the base plate wall portion is integrally formed on the base plate, wherein the base plate between the support portion and the wall portion is arranged, in particular wherein the electrical appliance by means of the wall portion attachable to the wall and / or fixed.
  • Supporting portion is further removed from the first circuit board than the base plate of the first circuit board, in the area covered by the support portion of the first circuit board larger components on the support portion facing side of the first circuit board can be equipped as on the covered by the base plate portion of the first circuit board.
  • the wall section, base plate, cooling fins and support section are integral, that is, one-piece, designed as a heat sink, in particular as an aluminum casting.
  • the advantage here is that a stable attachment is possible.
  • the support section has an offset to the base plate, in particular so that the plane of the support section to the plane of the base plate is indeed parallel but spaced.
  • the advantage here is that larger components on the first circuit board in the support section adjacent area can be equipped as in the area adjacent to the base plate area.
  • a receiving pocket is arranged on the carrying section, one side of the receiving pocket being formed by means of a region of the first cooling rib, wherein a heat-generating component, in particular power component, in particular
  • Semiconductor switch is arranged in the receiving pocket, wherein between the component and the receiving pocket an electrically insulating, heat-conducting material is arranged, in particular its elasticity is greater than aluminum and as the carrier material of the first of the printed circuit boards and its specific thermal conductivity is at least one tenth of aluminum.
  • the advantage here is that the power component is surrounded on several sides of the material of the receiving pocket, ie from the heat sink, and in the
  • Recording pocket is recorded without play. Thus, mechanical vibrations are relatively prevented between the component and receiving pocket.
  • the power component is in a heat-conducting
  • Plastic sleeve especially rubber grommet, introduced and added to this in the receiving pocket play.
  • the advantage here is that the plastic sheath acts electrically insulating and still a good heat conducting contact from the component to the heat sink can be achieved.
  • the plastic is an addition of electrically insulating particles, but which are very good heat conductors executed.
  • Particularly suitable here are ceramic particles, in particular with a particle size of less than 10 micrometers.
  • a connection for PE connection in particular therefore connection to electrical ground, is arranged on the wall section of the heat sink.
  • the heat sink is not only used for cooling and for holding the device but also for electrical grounding or electrical grounding. This can be carried out particularly advantageously if the wall connected to the wall section or a supporting part itself is made of metal and is electrically earthed.
  • the heat sink functions together with the wall or the supporting part as
  • dome portions and on the opposite side of the cooling plates of the base plate also dome sections are formed on the support portion, wherein a first circuit board at first Domabroughen, in particular by means of screws, wherein the first Domabroughe rise from the support portion, and second Dome portions is fixed, wherein the second dome portions rise from the cooling fins opposite side of the base plate, wherein a third circuit board to third dome portions, in particular by means of screws, is fixed, wherein the third dome portions of the first circuit board
  • Heat sink are durable.
  • a threaded bore is arranged for fastening the respective printed circuit board to the respective dome section in the respective dome section, wherein a screw head of a respective screw screwed into the respective threaded hole presses the respective printed circuit board against the respective dome section.
  • Heat spreading is improved executable.
  • each of the cooling fins on thickening in particular regularly spaced from each other thickening on.
  • the advantage here is that the stability of the cooling fins and their function of heat dissipation is executed executable.
  • the heat sink acts as a shield.
  • FIG. 1 shows a side view of an electrical appliance with the housing removed, printed circuit boards (3, 4, 5) being fastened to a heat sink 1.
  • the electrical device is shown with the housing removed in an oblique view.
  • the heat sink 1 is shown in an oblique view from a first viewing direction.
  • the heat sink 1 is shown in an oblique view from a second viewing direction.
  • the heat sink 1 is shown in an oblique view from a third viewing direction.
  • the electrical appliance in particular a converter provided for supplying an electric motor, has the heat sink 1 on the sides of which
  • Printed circuit boards (3, 4, 5) are attached.
  • a first 3 of the three circuit boards is aligned perpendicular to a second 4 of the three circuit boards, wherein the second 4 of the three circuit boards is aligned perpendicular to the third 5 of the three circuit boards.
  • the first circuit board 3 is aligned parallel to the third circuit board 5.
  • the circuit boards (3, 4, 5) thus form a broken U.
  • the third circuit board 5 is equipped or electrically connected to a power module 6, which is pressed by a spring element against a formed on the heat sink 1 contact surface 30.
  • a fan On the heat sink 1, a fan is arranged, wherein the cooling air flow conveyed by it flows along cooling fins formed in parallel on the heat sink 1.
  • dome portions (32, 33, 34, 35, 41) are formed, which protrude laterally.
  • the thickness of the dome sections (32, 33, 34, 35, 41) is selected such that at the outer end portion of the respective dome section (32, 33, 34, 35, 41) a threaded hole is made, into which a screw can be screwed, whose widened screw head presses a respective printed circuit board (2, 4, 5) towards the respective dome section (32, 33, 34, 35, 41).
  • the dome sections (36, 37) protrude at the front side and the other dome sections (32, 33, 34, 35, 41) protrude from both sides.
  • the dome portions (36, 37) extend perpendicular to the other dome portions (32, 33, 34, 35, 41).
  • the heat sink 1 is in one piece, that is, in one piece, designed, wherein the cooling fins 7 rise from a first side of the base plate of the heat sink 1 from.
  • the cooling fins 7 are aligned in parallel and preferably spaced from each other regularly.
  • the dome sections 35 and 36 rise.
  • this other side is a finely machined, in particular ground,
  • the base plate acts as a holding means for a 5 of the three printed circuit board (3, 4, 5) and for the cooling fins 7 and for the power module. 6
  • Wall section 9 formed on the base plate. At this support portion and a connection 10 is provided for PE connection.
  • the electrical device can be fastened to a DIN rail or to a wall of a control cabinet.
  • the holding forces for this purpose are therefore entered via the wall section 9.
  • the protective housing not shown in the figures is attached to the heat sink 1.
  • the heat sink 1 is held by the heat sink 1, which in turn is held by its wall portion 9 on a wall or a machine.
  • the cooling fins 7 are arranged only on one side of the base plate.
  • the wall section 9 comprises the vertical projection of the entire remaining heat sink 1 on the
  • Wall section 9 is thus extended further than the vertical projection, in particular wherein the wall portion 9 for this purpose as a plate-shaped, ie flat part, is executed.
  • the wall portion 9 extends on both sides of the base plate of the heat sink 1.
  • the base plate is in the Beriech the contact surface 30 with a larger one
  • dome portions 34 and 35 are formed freestanding.
  • the dome portion 34 is connected to the wall portion 9 by means of a connecting wall, so that not only the stability of the heat sink 1 and especially the dome portion 34 is improved, but also the heat capacity is increased.
  • the base plate of the heat sink 1 opens approximately centrally in the wall section. 9
  • a plate-shaped support section 8 is formed on the heat sink 1.
  • the support portion 8 opens in that cooling fin 7, which is located farthest from the wall portion 9.
  • Dom portions 32 for fastening the printed circuit board 5 also rise on the support section 8.
  • a power component in particular a controllable semiconductor switch, such as
  • the power component is surrounded with a heat-conducting rubber grommet inserted into a formed on the heat sink 1 receiving pocket 31.
  • the power component is electrically insulated and thermally conductively connected to the receiving pocket 31.
  • a rubber grommet and another electrically insulating but good heat conducting material would be used, which is arranged between the receiving pocket 31 and the power device.
  • a dome portion 32 is arranged, which is arranged on the same side of the support portion 8 as the receiving pocket 31st
  • dome portion 32 protrudes a further dome portion 36 in the transverse direction, in particular so transversely to the normal direction of the substantially one plane performing support section 8. It introduced into the other dome portion 36 threaded bore is thus perpendicular to that threaded hole, which is introduced into the dome portion 32 ,
  • the receiving pocket 31 is arranged on the support section 8. It is this
  • Receiving pocket 31 made with side walls that rise from the support section 8 from. As a result of the rubber grommet, the power component is accommodated without play in the receiving pocket 31.
  • One of the side walls of the receiving pocket 31 is integrally formed on that cooling rib into which the door section 8 opens.
  • the cooling ribs 7 have thickenings 43 which are regularly spaced apart from one another in the extension direction of the cooling ribs 7, in particular in the direction of the cooling air flow flowing between the cooling ribs.
  • the power module has power switches, such as IGBT or MOSFET. These circuit breakers are arranged in half bridges, which are supplied with DC voltage from a mains-powered rectifier. On the output side, the power module provides a three-phase voltage system for supplying a three-phase motor.
  • power switches such as IGBT or MOSFET.
  • the power switches are operated pulse width modulated.
  • the heat sink 1 is made of metal, in particular aluminum, the acts
  • Support section 8 of the heat sink 1 as a shield on the circuit board.
  • Printed circuit board 5 arranged control of the power module.
  • Carrying section 8 arranged components of the circuit board 3 achievable.
  • a simple cup-shaped housing made of plastic from the wall section 9 opposite side of the support section 8 coming forth überstülpbar on the heat sink 1 and the attached circuit boards (3, 4, 5).
  • the housing can be fastened by means of a screw on the heat sink, wherein the screw can be screwed into a threaded bore of the heat sink.
  • a locking of the housing on the wall portion 9 executable.

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Abstract

An einem Tragelement, insbesondere Wand, befestigbares Elektrogerät, wobei das Elektrogerät einen Kühlkörper, Leiterplatten und ein Gehäuse aufweist, wobei die Leiterplatten jeweils am Kühlkörper befestigt sind und der Kühlkörper an dem Tragelement befestigbar ist oder befestigt ist, insbesondere wobei das Gehäuse die Leiterplatten gehäusebildend umgibt und am Kühlkörper befestigt ist.

Description

Elektrogeräteanordnung, aufweisend eine an einem Tragelement, insbesondere Wand, befestigbares Elektrogerät
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Elektrogeräteanordnung, aufweisend ein an einem Tragelement, insbesondere Wand, befestigbares Elektrogerät.
Es ist allgemein bekannt einen Kühlkörper zur Entwärmung von Wärme erzeugenden
Bauteilen vorzusehen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Elektrogerät weiterzubilden, wobei eine besonders einfache Herstellung erreichbar sein soll.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Elektrogeräteanordnung nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Elektrogeräteanordnung mit an einem
Tragelement, insbesondere Wand, befestigbarem Elektrogerät, sind, dass das Elektrogerät einen Kühlkörper, Leiterplatten und ein Gehäuse aufweist, wobei die Leiterplatten jeweils am Kühlkörper befestigt sind und der Kühlkörper an dem Tragelement befestigbar ist oder befestigt ist, insbesondere wobei das Gehäuse die Leiterplatten gehäusebildend umgibt und am Kühlkörper befestigt ist.
Von Vorteil ist dabei, dass der Kühlkörper die Leiterplatten und das Gehäuse trägt und somit als zentrales Tragelement des Geräts fungiert. Der Kühlkörper ist an einem Tragelement einer Maschine oder Anlage befestigbar, beispielsweise an einer Wand. Durch die Befestigung an diesem Tragelement sind auch die Leiterplatten und das Gehäuse gehalten. Die Gewichtskraft der jeweiligen Leiterplatte wird also über den Kühlkörper an die Wand abgeleitet. Ebenso wird die Gewichtskraft des Gehäuses über den Kühlkörper an die Wand abgeleitet. Darüber hinaus weist der Kühlkörper auch einen Anschluss für elektrisch Erde auf und fungiert somit als Ableitung an elektrisch Erde.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Elektrogerät ein Leistungsmodul auf, welches pulsweitenmoduliert angesteuerte Halbleiterschalter aufweist, insbesondere wobei das Leistungsmodul auf der ersten der Leiterplatten angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die mit hohen Strömen und/oder Spannung getaktet betriebenen Bauteile auf der ersten Leiterplatte angeordnet sind, welche somit nur auf einer Seite des Kühlkörpers angeordnet ist. Auf der von der ersten Leiterplatte abgewandten Seite des Kühlkörpers ist somit eine dritte Leiterplatte vorsehbar, welche eine elektronische Schaltung aufweist. Diese elektronische Schaltung ist von Störsignalen der ersten Leiterplatte ungestört betreibbar, da der Kühlkörper aus Metall gefertigt ist, insbesondere aus Aluminium, und somit als Abschirmung fungiert.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Leistungsmodul an einer Kontaktfläche des Kühlkörpers mit dem Kühlkörper verbunden, insbesondere zur Wärmeabfuhr. Von Vorteil ist dabei, dass der Kühlkörper den einströmenden Wärmestrom aufspreizt. Somit ist die
Spitzentemperatur möglichst niedrig haltbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kontaktfläche an einer Grundplatte des
Kühlkörpers angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die Kontaktfläche an einem Bereich des Kühlkörpers mit größer Wandstärke angeordnet ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind am Kühlkörper Kühlrippen an der der Kontaktfläche gegenüberliegenden Seite der Grundplatte ausgeformt. Von Vorteil ist dabei, dass die an der Kontaktfläche eingebrachte Wärme möglichst direkt von der Grundplatte über die Kühlrippen ableitbar ist, an denen ein von einem Lüfter geförderter Luftstrom entlang bewegt wird, wobei der Lüfter am Kühlkörper befestigt ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an einer ersten der Kühlrippen ein plattenförmiger, parallel zur Grundplatte angeordneter Tragabschnitt angeformt, wobei ein plattenförmiger, senkrecht zur Grundplatte angeordneter Wandabschnitt an der Grundplatte angeformt ist, wobei die Grundplatte zwischen dem Tragabschnitt und dem Wandabschnitt angeordnet ist, insbesondere wobei das Elektrogerät mittels des Wandabschnitts an der Wand befestigbar und/oder befestigt ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Tragabschnitt keine direkte Verlängerung der Grundplatte ist sondern zwar parallel aber mit Versatz ausgeführt ist. Somit sind neben dem Leistungsmodul, das eine erste Bauhöhe bis zur Kontaktfläche an der Grundplatte einnimmt, weitere Bauteile auf der ersten Leiterplatte bestückbar, die eine zweite Bauhöhe einnehmen dürfen, insbesondere nämlich bis zu dem mittels des Versatzes weiter von der ersten Leiterplatte entfernten Tragabschnitt. Weil also der Versatz derart ist, dass der
Tragabschnitt weiter von der ersten Leiterplatte entfernt ist als die Grundplatte von der ersten Leiterplatte, sind im von dem Tragabschnitt überdeckten Bereich der ersten Leiterplatte größere Bauteile auf der dem Tragabschnitt zugewandten Seite der ersten leiterplatte bestückbar als auf dem von der Grundplatte überdeckten Bereich der ersten Leiterplatte.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Wandabschnitt, Grundplatte, Kühlrippen und Tragabschnitt einstückig, also einteilig, als Kühlkörper ausgebildet, insbesondere als Aluminiumgussteil. Von Vorteil ist dabei, dass eine stabile Befestigung ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Tragabschnitt einen Versatz zur Grundplatte auf, insbesondere also die Ebene des Tragabschnitts zur Ebene der Grundplatte zwar parallel aber beabstandet ist. Von Vorteil ist dabei, dass größere Bauteile auf der ersten leiterplatte im zum Tragabschnitt benachbarten Bereich bestückbar sind als im zur Grundplatte benachbarten Bereich.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am Tragabschnitt eine Aufnahmetasche angeordnet, wobei eine Seite der Aufnahmetasche mittels einem Bereich der ersten Kühlrippe gebildet ist, wobei ein Wärme erzeugendes Bauteil, insbesondere Leistungsbauteil, insbesondere
Halbleiterschalter, in der Aufnahmetasche angeordnet ist, wobei zwischen dem Bauteil und der Aufnahmetasche ein elektrisch isolierendes, wärmeleitendes Material angeordnet ist, insbesondere dessen Elastizität größer ist als Aluminium und als das Trägermaterial der ersten der Leiterplatten und dessen spezifische Wärmeleitfähigkeit mindestens ein Zehntel von Aluminium beträgt. Von Vorteil ist dabei, dass das Leistungsbauteil an mehreren Seiten umgeben ist vom Material der Aufnahmetasche, also vom Kühlkörper, und in der
Aufnahmetasche spielfrei aufgenommen ist. Somit sind mechanische Schwingungen relativ zwischen Bauteil und Aufnahmetasche verhindert.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Leistungsbauteil in eine wärmeleitende
Kunststoffhülle, insbesondere Gummitülle, eingeführt und mit dieser in der Aufnahmetasche spielfrei aufgenommen. Von Vorteil ist dabei, dass die Kunststoffhülle elektrisch isolierend wirkt und trotzdem ein gut wärmeleitender Kontakt vom Bauteil zum Kühlkörper erreichbar ist. Insbesondere ist im Kunststoff ein Zusatz von elektrisch isolierenden Partikeln, die aber sehr gute Wärmeleiter sind, ausgeführt. Besonders geeignete sind hier Keramik-Partikel, insbesondere mit einer Korngröße von weniger als 10 Mikrometern.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am Wandabschnitt des Kühlkörpers ein Anschluss für PE-Verbindung, insbesondere also Verbindung mit elektrisch Erde, angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der Kühlkörper nicht nur zur Entwärmung und zum Halten des Geräts sondern auch zur elektrischen Erdung oder zur elektrischen Erdableitung verwendbar ist. besonders vorteilhaft ist dies dann ausführbar, wenn die mit dem Wandabschnitt verbundene Wand beziehungsweise ein Tragteil selbst aus Metall ausgeführt ist und elektrisch geerdet ist. Wenn die Wand also die Rückwand eines Schaltschranks oder ein Tragteil einer Maschine ist, fungiert der Kühlkörper zusammen mit der Wand beziehungsweise dem Tragteil als
Wärmeableitung.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind am Tragabschnitt beidseitig Domabschnitte und an der den Kühlkörpern gegenüberliegenden Seite der Grundplatte ebenfalls Domabschnitte ausgeformt, wobei eine erste Leiterplatte an ersten Domabschnitten, insbesondere mittels Schrauben, wobei die ersten Domabschnitte sich von dem Tragabschnitt aus erheben, und an zweiten Domabschnitten befestigt ist, wobei die zweiten Domabschnitte sich von der den Kühlrippen gegenüberliegenden Seite der Grundplatte aus erheben, wobei eine dritte Leiterplatte an dritten Domabschnitten, insbesondere mittels Schrauben, befestigt ist, wobei die dritten Domabschnitte sich von der der ersten Leiterplatte
gegenüberliegenden Seite des Tragabschnitts aus erheben, wobei eine zweite Leiterplatte an vierten Domabschnitten befestigt ist, wobei einer der vierten Domabschnitte sich von einem der ersten Domabschnitte aus erhebt, also angeformt ist an den ersten Domabschnitt, wobei die erste Leiterplatte parallel zur dritten Leiterplatte ausgerichtet ist, wobei die erste Leiterplatte zur dritten Leiterplatte beabstandet ist, insbesondere wobei der Tragabschnitt zwischen der ersten und dritten Leiterplatte angeordnet ist, wobei die zweite Leiterplatte senkrecht zur ersten und auch senkrecht zur dritten Leiterplatte angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Leiterplatte über Domabschnitte an dem
Kühlkörper haltbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zur Befestigung der jeweiligen Leiterplatte am jeweiligen Domabschnitt im dem jeweiligen Domabschnitt eine Gewindebohrung angeordnet, wobei ein Schraubenkopf einer jeweiligen in die jeweilige Gewindebohrung eingeschraubten Schraube die jeweilige Leiterplatte gegen den jeweiligen Domabschnitt drückt. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Befestigungsmethode ausführbar ist. Wichtig ist dabei, dass die Gewindebohrungen des vierten und ersten Domabschnitts voneinander beabstandet sind oder zumindest die jeweils darin eingeschraubten Schrauben sich nicht berühren, obwohl die Gewindebohrungen sich senkrecht zueinander ausgerichtet sind und ihre Bohrungsachsen sich schneiden. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Tragabschnitt an seiner von der ersten Leiterplatte abgewandten Seite Verstärkungsrippen auf, insbesondere gitterförmig ausgeführte Verstärkungsrippen. Von Vorteil ist dabei, dass erhöhte Stabilität erreichbar ist und somit die Haltefunktion aber auch die Funktion der
Wärmeaufspreizung verbessert ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jede der Kühlrippen Verdickungen, insbesondere regelmäßig voneinander beabstandete Verdickungen, auf. Von Vorteil ist dabei, dass die Stabilität der Kühlrippen und deren Funktion der Wärmeaufspreizung verbessert ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine dritte Leiterplatte auf der von der Kontaktfläche abgewandten Seite des Kühlkörpers, insbesondere der Grundplatte und des Tragabschnitts, angeordnet, wobei eine erste Leiterplatte auf der der Kontaktfläche zugewandten Seite des Kühlkörpers, insbesondere der Grundplatte und des Tragabschnitts, angeordnet ist, wobei die erste Leiterplatte mit pulsweitenmoduliert angesteuerten Bauteilen, insbesondere mit dem pulsweitenmoduliert angesteuertem Leistungsmodul, bestückt ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Kühlkörper als Abschirmung fungiert. Somit ist die auf der dritten Leiterplatte angeordnete elektronische Schaltung ungestört von den getaktet betriebenen Bauelementen der ersten Leiterplatte.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen
Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe. Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
In der Figur 1 ist eine Seitenansicht eines Elektrogeräts bei entferntem Gehäuse gezeigt, wobei Leiterplatten (3, 4, 5) an einem Kühlkörper 1 befestigt sind.
In der Figur 2 ist das Elektrogerät bei entferntem Gehäuse in Schrägansicht gezeigt.
In der Figur 3 ist der Kühlkörper 1 in Schrägansicht aus einer ersten Blickrichtung gezeigt.
In der Figur 4 ist der Kühlkörper 1 in Schrägansicht aus einer zweiten Blickrichtung gezeigt.
In der Figur 5 ist der Kühlkörper 1 in Schrägansicht aus einer dritten Blickrichtung gezeigt.
Wie in den Figuren dargestellt, weist das Elektrogerät, insbesondere ein zur Speisung eines Elektromotors vorgesehener Umrichter, den Kühlkörper 1 auf, an dessen Seiten die
Leiterplatten (3, 4, 5) befestigt sind. Dabei ist eine erste 3 der drei Leiterplatten senkrecht zu einer zweiten 4 der drei Leiterplatten ausgerichtet, wobei die zweite 4 der drei Leiterplatten senkrecht zur dritten 5 der drei Leiterplatten ausgerichtet ist. Dabei ist die erste Leiterplatte 3 parallel zur dritten Leiterplatte 5 ausgerichtet. Die Leiterplatten (3, 4, 5) bilden somit ein unterbrochenes U.
Die dritte Leiterplatte 5 ist bestückt oder elektrisch verbunden mit einem Leistungsmodul 6, welches von einem Federelement gegen eine am Kühlkörper 1 ausgeformte Kontaktfläche 30 gedrückt ist.
Am Kühlkörper 1 ist ein Lüfter angeordnet, wobei der von ihm geförderte Kühlluftstrom entlang von parallel am Kühlkörper 1 ausgeformten Kühlrippen strömt.
Am Kühlkörper 1 sind Domabschnitte (32, 33, 34, 35, 41 ) ausgeformt, welche seitlich hervor ragen. Dabei ist die Dicke der Domabschnitte (32, 33, 34, 35, 41 ) derart gewählt, dass am äußeren Endberiech des jeweiligen Domabschnitts (32, 33, 34, 35, 41 ) eine Gewindebohrung eingebracht ist, in welche eine Schraube einschraubbar ist, deren verbreiterter Schraubenkopf eine jeweilige Leiterplatte (2, 4, 5) zum jeweiligen Domabschnitt (32, 33, 34, 35, 41 ) hin drückt. Die Domabschnitte (36, 37) ragen dabei an der Vorderseite und die anderen Domabschnitt (32, 33, 34, 35, 41 ) an den beiden Seiten hervor. Somit erstrecken sich die Domabschnitte (36, 37) senkrecht zu den anderen Domabschnitten (32, 33, 34, 35, 41 ).
Der Kühlkörper 1 ist einstückig, also einteilig, ausgeführt, wobei die Kühlrippen 7 sich von einer ersten Seite der Grundplatte des Kühlkörpers 1 aus erheben. Die Kühlrippen 7 sind parallel ausgerichtet und vorzugsweise voneinander regelmäßig beabstandet.
Von der anderen Seite der Grundplatte erheben sich die Domabschnitte 35 und 36. Außerdem ist an dieser anderen Seite ein fein bearbeitetes, insbesondere geschliffenes,
Oberflächenstück ausgebildet, welches als Kontaktfläche 30 für das Leistungsmodul 6 fungiert. Somit wird im Betrieb des Elektrogeräts ein starker Wärmestrom vom Leistungsmodul 6 in die Grundplatte und von dort in die Kühlrippen 7 eingetragen. Mittels des Lüfters 2, der einen Luftstrom entlang der Kühlrippen 7 fördert, ist eine Entwärmung ermöglicht.
Mittig in der Kontaktfläche 30 ist eine Gewindebohrung in die Grundplatte eingebracht, so dass das Leistungsmodul 6 mittels einer Schraube, welche durch das Leistungsmodul 6
hindurchgeführt ist und in die Gewindebohrung eingeschraubt ist, insbesondere mittels des Schraubenkopfes der Schraube, gegen die Kontaktfläche drückbar ist.
Somit fungiert die Grundplatte als Haltemittel für eine 5 der drei Leiterplatte (3, 4, 5) und für die Kühlrippen 7 sowie für das Leistungsmodul 6.
Parallel zu den Kühlrippen 7, also senkrecht zur Grundplatte, ist ein plattenförmiger
Wandabschnitt 9 an der Grundplatte ausgeformt. An diesem Tragabschnitt ist auch ein Anschluss 10 für PE-Verbindung vorgesehen.
Mittels des Wandabschnitts 9 ist das Elektrogerät an einer Hutschiene oder an einer Wand eines Schaltschranks befestigbar. Die Haltekräfte hierzu werden also über den Wandabschnitt 9 eingetragen. Auch das in den Figuren nicht gezeigte Schutzgehäuse ist befestigt am Kühlkörper 1. Somit sind alle Teile des Elektrogeräts vom Kühlkörper 1 gehalten, der wiederum mittels seines Wandabschnitts 9 an einer Wand oder einer Maschine gehalten wird.
Die Kühlrippen 7 sind nur einseitig an der Grundplatte angeordnet. Der Wandabschnitt 9 umfasst die senkrechte Projektion des gesamten restlichen Kühlkörpers 1 auf den
Wandabschnitt 9. Somit ist der Wandabschnitt 9 also weiter ausgedehnt als die senkrechte Projektion, insbesondere wobei der Wandabschnitt 9 hierzu als plattenförmiges, also ebenes Teil, ausgeführt ist.
Wie in den Figuren dargestellt, erstreckt sich der Wandabschnitt 9 beidseitig der Grundplatte des Kühlkörpers 1.
Vorzugsweise ist die Grundplatte im Beriech der Kontaktfläche 30 mit einer größeren
Wandstärke ausgeführt, also verdickt ausgeführt. Auf diese Weise ist die Wärmekapazität in dem Bereich der Kontaktfläche 30 erhöht und die einströmende Wärme somit aufspreizbar.
Auf der von den Kühlrippen 7 abgewandten Seite der Grundplatte erheben sich die
Domabschnitte 34 und 35. Dabei ist der jeweilige Domabschnitt 35 freistehend ausgeformt.
Der Domabschnitt 34 jedoch ist mittels einer Verbindungswand mit dem Wandabschnitt 9 verbunden, so dass hierbei nicht nur die Stabilität des Kühlkörpers 1 und speziell auch des Domabschnitts 34 verbessert ist sondern auch die Wärmekapazität vergrößert ist.
Die Grundplatte des Kühlkörpers 1 mündet etwa mittig in den Wandabschnitt 9.
Mit einem Versatz zur Grundplatte ist ein plattenförmiger Tragabschnitt 8 am Kühlkörper 1 ausgeformt. Somit mündet der Tragabschnitt 8 in derjenigen Kühlrippe 7, welche am weitesten von dem Wandabschnitt 9 entfernt angeordnet ist.
An dem Tragabschnitt 8 erheben sich ebenfalls Domabschnitte 32 zur Befestigung der Leiterplatte 5. An der dem Tragabschnitt 8 zugewandten Seite der Leiterplatte 5 ist diese bestückt mit einem Leistungsbauteil, insbesondere einem steuerbaren Halbleiterschalter, wie
Schaltnetzteiltransistor.
Das Leistungsbauteil ist mit einer wärmeleitenden Gummitülle umgeben in eine am Kühlkörper 1 ausgeformte Aufnahmetasche 31 eingesteckt. Somit ist das Leistungsbauteil elektrisch isoliert und wärmeleitend verbunden mit der Aufnahmetasche 31. Statt einer Gummitülle wäre auch ein anderer elektrisch isolierender aber gut wärmeleitender Stoff verwendbar, welcher zwischen der Aufnahmetasche 31 und dem Leistungsbauteil angeordnet ist.
An dem Tragabschnitt 8 ist ein Domabschnitt 32 angeordnet, welcher auf derselben Seite des Tragabschnitts 8 angeordnet ist wie auch die Aufnahmetasche 31.
An diesem Domabschnitt 32 ragt ein weiterer Domabschnitt 36 in Querrichtung hervor, insbesondere also quer zur Normalenrichtung des im Wesentlichen eine Ebene darstellenden Tragabschnitts 8. Sie in den weiteren Domabschnitt 36 eingebrachte Gewindebohrung ist also senkrecht ausgerichtet zu derjenigen Gewindebohrung, welche in den Domabschnitt 32 eingebracht ist.
Da der weitere Domabschnitt 36 seitlich aus dem Domabschnitt 32 herausragt, ist eine hohe Stabilität erreicht. Insbesondere ist hierzu eine hohe Materialdicke vorhanden.
Die Aufnahmetasche 31 ist auf dem Tragabschnitt 8 angeordnet. Dabei ist diese
Aufnahmetasche 31 mit Seitenwänden ausgeführt, die sich von dem Tragabschnitt 8 aus erheben. Infolge der Gummitülle ist das Leistungsbauteil spielfrei in der Aufnahmetasche 31 aufgenommen.
Eine der Seitenwände der Aufnahmetasche 31 ist an derjenigen Kühlrippe angeformt, in welche der T ragabschnitt 8 mündet.
Auf der von der Aufnahmetasche 31 abgewandten Seite des Tragabschnitts 8 sind
Verstärkungsrippen 40 an dem Tragabschnitt 8 angeformt. Außerdem erheben sich von dem Tragabschnitt 8 auf dieser Seite zwei voneinander beabstandete Domabschnitte 41 , welche mittels einer Verbindungswand 42 verbunden sind, wobei die Verbindungswand 42 sich ebenfalls vom Tragabschnitt 8 aus sich erhebt und ebenfalls wie auch die Domabschnitte 41 einstückig am Tragabschnitt 8 ausgeformt ist. .
Die Kühlrippen 7 weisen Verdickungen 43 auf, welche in Erstreckungsrichtung der Kühlrippen 7, insbesondere also in Richtung des zwischen den Kühlrippen strömenden Kühlluftstroms, voneinander regelmäßig beabstandet sind.
Insbesondere weist das Leistungsmodul Leistungsschalter auf, wie IGBT oder MOSFET. Diese Leistungsschalter sind in Halbbrücken angeordnet, welche mit Gleichspannung aus einem netzgespeisten Gleichrichter versorgt werden. Ausgangsseitig wird vom Leistungsmodul ein dreiphasiges Spannungssystem zur Speisung eines Drehstrommotors bereit gestellt.
Vorzugsweise werden die Leistungsschalter pulsweitenmoduliert betrieben.
Da der Kühlkörper 1 aus Metall, insbesondere Aluminium, gefertigt ist, fungiert der
Tragabschnitt 8 des Kühlkörpers 1 auch als Abschirmung der auf der Leiterplatte 3
angeordneten elektronischen Schaltung gegen das Leistungsmodul und die auf der
Leiterplatte 5 angeordnete Ansteuerung des Leistungsmoduls.
Da der Tragabschnitt 8 ununterbrochen ausgeführt ist, ist eine effiziente HF-Abschirmung zwischen den getaktet betriebenen Bauelementen und den auf der anderen Seite des
Tragabschnitts 8 angeordneten Bauelementen der Leiterplatte 3 erreichbar.
Vorteiligerweise ist ein einfaches topfförmiges aus Kunststoff gefertigtes Gehäuse von der dem Wandabschnitt 9 gegenüberliegenden Seite des Tragabschnitts 8 her kommend überstülpbar über den Kühlkörper 1 und die daran befestigten Leiterplatten (3, 4, 5). Das Gehäuse ist mittels einer Schraube am Kühlkörper befestigbar, wobei die Schraube in eine Gewindebohrung des Kühlkörpers einschraubbar ist. Alternativ ist auch ein Einrasten des Gehäuses am Wandabschnitt 9 ausführbar. Bezugszeichenliste
1 Kühlkörper
2 Lüfter
3 dritte Leiterplatte
4 zweite Leiterplatte
5 erste Leiterplatte
6 Leistungsmodul
7 Kühlrippe
8 Tragabschnitt
9 Wandabschnitt
10 Anschluss für PE-Verbindung
30 Kontaktfläche für Leistungsmodul 6 31 Aufnahmetasche
32 Domabschnitt
33 Domabschnitt
34 Domabschnitt
35 Domabschnitt
36 Domabschnitt
37 Domabschnitt
40 Verstärkungsrippe
41 Domabschnitt
42 Verbindungswand
43 Verdickung

Claims

Patentansprüche:
1. Elektrogeräteanordnung, aufweisend ein an einem Tragelement, insbesondere Wand, befestigbares Elektrogerät, wobei das Elektrogerät einen Kühlkörper, Leiterplatten und ein Gehäuse aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatten jeweils am Kühlkörper befestigt sind und der Kühlkörper an dem Tragelement befestigbar ist oder befestigt ist, insbesondere wobei das Gehäuse die Leiterplatten gehäusebildend umgibt und am Kühlkörper befestigt ist.
2. Elektrogeräteanordnung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Elektrogerät ein Leistungsmodul aufweist, welches pulsweitenmoduliert angesteuerte Halbleiterschalter aufweist, insbesondere wobei das Leistungsmodul auf der ersten der Leiterplatten angeordnet ist.
3. Elektrogeräteanordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Leistungsmodul an einer Kontaktfläche des Kühlkörpers mit dem Kühlkörper verbunden ist, insbesondere zur Wärmeabfuhr.
4. Elektrogeräteanordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontaktfläche an einer Grundplatte des Kühlkörpers angeordnet ist.
5. Elektrogeräteanordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
am Kühlkörper Kühlrippen an der der Kontaktfläche gegenüberliegenden Seite der
Grundplatte ausgeformt sind.
6. Elektrogeräteanordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
an einer ersten der Kühlrippen ein plattenförmiger, parallel zur Grundplatte angeordneter Tragabschnitt angeformt ist wobei ein plattenförmiger, senkrecht zur Grundplatte angeordneter Wandabschnitt an der Grundplatte angeformt ist, wobei die Grundplatte zwischen dem Tragabschnitt und dem Wandabschnitt angeordnet ist, insbesondere wobei das Elektrogerät mittels des Wandabschnitts an der Wand befestigbar und/oder befestigt ist.
7. Elektrogeräteanordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
Wandabschnitt, Grundplatte, Kühlrippen und Tragabschnitt einstückig, also einteilig, als Kühlkörper ausgebildet sind, insbesondere als Aluminiumgussteil, und/oder dass eine dritte Leiterplatte auf der von der Kontaktfläche abgewandten Seite des Kühlkörpers, insbesondere der Grundplatte und des Tragabschnitts, angeordnet ist, wobei eine erste Leiterplatte auf der der Kontaktfläche zugewandten Seite des Kühlkörpers, insbesondere der Grundplatte und des Tragabschnitts, angeordnet ist, wobei die erste
Leiterplatte mit pulsweitenmoduliert angesteuerten Bauteilen, insbesondere mit dem
pulsweitenmoduliert angesteuertem Leistungsmodul, bestückt ist.
8. Elektrogeräteanordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Tragabschnitt einen Versatz zur Grundplatte aufweist, insbesondere also die Ebene des Tragabschnitts zur Ebene der Grundplatte zwar parallel aber beabstandet ist.
9. Elektrogeräteanordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
am Tragabschnitt eine Aufnahmetasche angeordnet ist, wobei eine Seite der Aufnahmetasche mittels einem Bereich der ersten Kühlrippe gebildet ist, wobei ein Wärme erzeugendes Bauteil, insbesondere Leistungsbauteil, insbesondere
Halbleiterschalter, in der Aufnahmetasche angeordnet ist, wobei zwischen dem Bauteil und der Aufnahmetasche ein elektrisch isolierendes, wärmeleitendes Material angeordnet ist, insbesondere dessen Elastizität größer ist als Aluminium und als das Trägermaterial der ersten der Leiterplatten und dessen spezifische Wärmeleitfähigkeit mindestens ein Zehntel von Aluminium beträgt.
10. Elektrogeräteanordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Leistungsbauteil in eine wärmeleitende Kunststoffhülle, insbesondere Gummitülle, eingeführt und mit dieser in der Aufnahmetasche spielfrei aufgenommen ist.
1 1. Elektrogeräteanordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
am Wandabschnitt des Kühlkörpers ein Anschluss für PE-Verbindung, insbesondere also Verbindung mit elektrisch Erde, angeordnet ist.
12. Elektrogeräteanordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
am Tragabschnitt beidseitig Domabschnitte und an der den Kühlkörpern gegenüberliegenden Seite der Grundplatte ebenfalls Domabschnitte ausgeformt sind, wobei eine erste Leiterplatte (5) an ersten Domabschnitten, insbesondere mittels Schrauben, wobei die ersten Domabschnitte (32) sich von dem Tragabschnitt aus erheben, und an zweiten Domabschnitten (35) befestigt ist, wobei die zweiten Domabschnitte (35) sich von der den Kühlrippen gegenüberliegenden Seite der Grundplatte aus erheben, wobei eine dritte Leiterplatte (3) an dritten Domabschnitten (41 ), insbesondere mittels
Schrauben, befestigt ist, wobei die dritten Domabschnitte (41 ) sich von der der ersten
Leiterplatte gegenüberliegenden Seite des Tragabschnitts aus erheben, wobei eine zweite Leiterplatte (4) an vierten Domabschnitten befestigt ist, wobei einer (36) der vierten Domabschnitte sich von einem (32) der ersten Domabschnitte aus erhebt, also angeformt ist an den ersten Domabschnitt (32), wobei die erste Leiterplatte (5) parallel zur dritten Leiterplatte (3) ausgerichtet ist, wobei die erste Leiterplatte (5) zur dritten Leiterplatte (3) beabstandet ist, insbesondere wobei der Tragabschnitt zwischen der ersten und dritten Leiterplatte angeordnet ist, wobei die zweite Leiterplatte senkrecht zur ersten und auch senkrecht zur dritten Leiterplatte angeordnet ist.
13. Elektrogeräteanordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
zur Befestigung der jeweiligen Leiterplatte am jeweiligen Domabschnitt im dem jeweiligen Domabschnitt eine Gewindebohrung angeordnet ist, wobei ein Schraubenkopf einer jeweiligen in die jeweilige Gewindebohrung eingeschraubten Schraube die jeweilige Leiterplatte gegen den jeweiligen Domabschnitt drückt.
14. Elektrogeräteanordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Tragabschnitt an seiner von der ersten Leiterplatte (5) abgewandten Seite
Verstärkungsrippen aufweist, insbesondere gitterförmig ausgeführte Verstärkungsrippen.
15. Elektrogeräteanordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
jede der Kühlrippen Verdickungen (43), insbesondere regelmäßig voneinander beabstandete Verdickungen (43), aufweist.
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